Adenosin: Nukleosid, ATP-Bezug, Vorkommen & Forschung

Lexikon · Biochemie

Was ist Adenosin chemisch?

Adenosin gehört zur Stoffklasse der Nukleoside. Ein Nukleosid besteht aus zwei Teilen: einer stickstoffhaltigen Base und einem Zucker. Bei Adenosin ist die Purinbase Adenin (6-Aminopurin) über eine sogenannte N-glykosidische Bindung mit dem Fünffachzucker D-Ribose verknüpft – genauer über das Stickstoffatom N9 des Purinrings und das C1-Atom der Ribose, in der räumlichen Anordnung als β-Konfiguration. Die Summenformel lautet C₁₀H₁₃N₅O₄, die molare Masse beträgt etwa 267,24 g/mol. Reines Adenosin ist ein weisses, kristallines Pulver, das aufgrund der zahlreichen Hydroxyl- und Aminogruppen polar und in Wasser mässig bis gut löslich ist.

Zentral für das Verständnis ist die Unterscheidung von Nukleosid und Nukleotid: Ein Nukleosid ist die Kombination aus Base und Zucker – also Adenosin. Kommt am 5′-Kohlenstoffatom der Ribose eine oder kommen mehrere Phosphatgruppen hinzu, spricht man von einem Nukleotid. Wird die Ribose durch Desoxyribose ersetzt, entsteht Desoxyadenosin, der entsprechende Baustein der DNA. Adenosin selbst ist dagegen der RNA-Baustein.

Von Adenosin klar zu trennen sind mehrere ähnlich klingende Begriffe, die im Alltag häufig verwechselt werden: Adenin ist nur die Base ohne Zucker; Adenosintriphosphat (ATP) ist Adenosin mit drei Phosphatgruppen; Cordycepin ist 3′-Desoxyadenosin, ein natürlich vorkommendes Analogon mit einer fehlenden Hydroxylgruppe; und S-Adenosylmethionin (SAM) ist ein Adenosinderivat mit einem zusätzlichen Aminosäurerest.

Wie hängt Adenosin mit ATP, RNA und den Coenzymen zusammen?

Hängt man an Adenosin Phosphatgruppen an, entstehen die Nukleotide AMP (Adenosinmonophosphat, eine Phosphatgruppe), ADP (zwei) und ATP (drei). ATP steht für Adenosintriphosphat und ist das zentrale Molekül, mit dem Zellen chemische Energie zwischenspeichern und übertragen. Die Bindungen zwischen den Phosphatgruppen sind energiereich; ihre Spaltung und Neuknüpfung bildet den Kern des zellulären Energiestoffwechsels.

Die Bedeutung des Adenosingerüsts reicht jedoch weit über die Energieübertragung hinaus. Es taucht in einer bemerkenswerten Zahl zentraler Biomoleküle wieder auf: in der RNA als einer der vier Bausteine, im ringförmigen Signalmolekül cAMP (zyklisches Adenosinmonophosphat), in den Redox-Coenzymen NAD und FAD, im Coenzym A des Fettsäurestoffwechsels sowie im Methylgruppenüberträger S-Adenosylmethionin. Diese Allgegenwart gilt in der Biochemie als Hinweis darauf, dass das Adenosinmotiv evolutionär sehr alt ist.

Wie entsteht und wie verschwindet Adenosin in der Zelle?

Adenosin ist kein Endprodukt, sondern ein Durchgangsmolekül in einem sehr schnell laufenden Kreislauf. In der Fachliteratur wird beschrieben, dass es innerhalb der Zelle vor allem beim schrittweisen Abbau von ATP über ADP zu AMP und weiter zu Adenosin entsteht, ausserdem beim Abbau von S-Adenosylhomocystein aus dem Methylgruppenstoffwechsel. Ausserhalb der Zelle entsteht Adenosin, wenn freigesetztes ATP durch Enzyme an der Zellmembran – die Ektonukleotidasen CD39 und CD73 – stufenweise dephosphoryliert wird.

Ebenso rasch wird Adenosin wieder umgesetzt. Zwei Wege sind beschrieben: Die Adenosin-Kinase phosphoryliert es zurück zu AMP, womit der Baustein in den Nukleotidpool zurückkehrt (Wiederverwertung, in der Fachsprache «Salvage Pathway»). Die Adenosin-Desaminase wandelt es dagegen zu Inosin um, das weiter über Hypoxanthin und Xanthin zu Harnsäure abgebaut wird. Transportproteine der Zellmembran (nukleosidische Transporter) verschieben Adenosin zwischen Zellinnerem und Zellzwischenraum. Wegen dieser Enzyme und Transporter ist die Verweildauer freien Adenosins im Blut ausgesprochen kurz – sie wird in der Literatur im Sekundenbereich angegeben.

Wo kommt Adenosin vor?

Weil Adenosin Grundbaustein von Nukleinsäuren, Nukleotiden und Coenzymen ist, kommt es in jeder lebenden Zelle vor – in Pflanzen, Tieren, Pilzen und Mikroorganismen gleichermassen. Entsprechend enthalten alle frischen, zellhaltigen Lebensmittel Adenosin, meist gebunden in RNA und Nukleotiden, in kleineren Mengen auch in freier Form. Besonders nukleotidreich sind Gewebe mit hoher Zellzahl und hoher Stoffwechselaktivität.

Analytisch am besten dokumentiert ist der Gehalt bei Speise- und Kulturpilzen. Eine chromatographische Untersuchung bestimmte in sechs Pilzarten – darunter Cordyceps sinensis, Cordyceps militaris, Ganoderma lucidum (Lingzhi) und Lentinula edodes (Shiitake) – sieben Nukleoside und fünf Nukleobasen. Die Gesamtgehalte an Nukleosiden und Nukleobasen lagen zwischen 0,14 und 26,57 mg pro Gramm Trockenmasse; die höchsten Werte fanden sich in den sporenbildenden Geweben, also etwa in den Lamellen, die niedrigsten in Stiel und Hut von G. lucidum.¹ Für Cordyceps-Drogenmaterial wurde in einer methodischen Arbeit ein Adenosingehalt von 0,28 bis 0,48 mg pro Gramm über sechs Chargen bestimmt.² Die folgenden Angaben beschreiben allein die stoffliche Zusammensetzung.

Name und Entdeckungsgeschichte

Der Name leitet sich vom Baustein Adenin ab. Adenin wurde 1885 von Albrecht Kossel erstmals aus tierischem Gewebe gewonnen und nach dem griechischen Wort adḗn («Drüse») benannt, weil Kossel es aus Bauchspeicheldrüsengewebe isolierte. Die Aufklärung der Nukleosidstruktur – also der Verknüpfung von Base und Zucker – und die Prägung des Begriffs «Nukleosid» gehen auf Arbeiten von Phoebus Levene und Mitarbeitenden zu Beginn des 20. Jahrhunderts zurück.

Das Jahr 1929 ist für Adenosin gleich doppelt bedeutsam. Zum einen beschrieb Karl Lohmann in diesem Jahr das energiereiche Molekül ATP. Zum anderen veröffentlichten Alan N. Drury und Albert Szent-Györgyi im Journal of Physiology eine Arbeit über die physiologische Aktivität von Adeninverbindungen, in der sie erstmals systematisch beschrieben, dass solche Substanzen im Tiermodell messbare Kreislaufreaktionen auslösen.³ Diese Publikation gilt in der Fachliteratur als Ausgangspunkt der purinergen Pharmakologie – also jenes Forschungsgebiets, das sich mit Adenosin und verwandten Molekülen als Signalstoffen befasst.

Ein Hinweis zur Quellenkritik: Die in Nachschlagewerken und Webtexten kursierende Angabe, Adenosin sei 1929 durch einen «Karl Friedrich von Bering» isoliert worden, ist nicht belegt und gilt als falsch. Eine Person dieses Namens ist in der Fachliteratur zur Nukleosidchemie nicht nachweisbar; die Angabe dürfte auf eine Verwechslung zurückgehen.

Forschung & Untersuchungsbereiche

Adenosin zählt zu den am intensivsten untersuchten körpereigenen Kleinmolekülen überhaupt. Die folgenden Absätze beschreiben, welche Fragestellungen Gegenstand der Forschung sind – nicht, dass daraus ein gesundheitlicher Nutzen abgeleitet wäre. Ein erheblicher Teil der Befunde stammt aus Zell- und Tiermodellen; die Übertragbarkeit auf den Menschen ist je nach Teilgebiet unterschiedlich weit geklärt.

Adenosinrezeptoren. Übersichtsarbeiten beschreiben vier Rezeptortypen, an die Adenosin ausserhalb der Zelle binden kann: A₁, A_2A, A_2B und A₃. Alle vier gehören zur grossen Familie der G-Protein-gekoppelten Rezeptoren und sind in nahezu allen Geweben nachweisbar. Eine umfassende Übersicht in Physiological Reviews fasst Struktur, molekulare Wechselwirkungen und zelluläre Funktionen dieser Rezeptoren zusammen und beschreibt, dass sich ihre Verteilungsmuster zwischen Zelltypen deutlich unterscheiden.⁴ Eine neuere Übersicht referiert den Stand der Ligandenentwicklung, also der gezielten Suche nach Molekülen, die einzelne Rezeptortypen selektiv ansprechen.⁵ Beide Arbeiten ordnen das Feld als aktiv und in weiten Teilen noch nicht abgeschlossen ein.

Adenosin, Koffein und die Schlaf-Wach-Forschung. Adenosin wird in der Chronobiologie als körpereigene, schlafregulierende Substanz diskutiert. Eine Übersichtsarbeit im Journal of Sleep Research, verfasst unter anderem an den Universitäten Basel und Zürich, zeichnet rund hundert Jahre Forschung nach und beschreibt, dass Koffein in der Fachliteratur als nicht-selektiver Gegenspieler (Antagonist) der Adenosinrezeptoren gilt. Die Autorinnen und Autoren prüfen kritisch, wie belastbar die Belege für eine direkte Beteiligung von Adenosin an der Schlafhomöostase sind, ob sich akute und dauerhafte Koffeinaufnahme unterscheiden und ob adenosinabhängige Signalwege auch mit der inneren Uhr zusammenspielen; sie benennen ausdrücklich offene Fragen.⁶ Diese Darstellung gibt den Forschungsstand wieder und trifft keine Aussage über einen gesundheitlichen Nutzen.

Enzyme und Transportwege. Untersucht werden auch die Enzyme, die den Adenosinspiegel regeln: Adenosin-Desaminase, Adenosin-Kinase sowie die membranständigen Ektonukleotidasen CD39 und CD73. Weil sie bestimmen, wie viel Adenosin wo und wie lange vorliegt, gelten sie in der Grundlagenforschung als Stellschrauben des gesamten Systems. Hinzu kommt die Erforschung der nukleosidischen Transportproteine, die das Molekül über Zellmembranen bewegen.

Analytik und Qualitätskontrolle. Ein ganz anderes, sehr praktisches Forschungsfeld ist die Analytik. Adenosin lässt sich mittels Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) bei einer Wellenlänge von 260 Nanometern gut erfassen und dient deshalb bei pilzlichem Drogenmaterial als analytische Leitsubstanz. Methodische Arbeiten beschäftigen sich damit, die Bestimmung zu beschleunigen – eine Publikation stellt ein Verfahren mit vorgeschalteter Druckextraktion vor, das Extraktion und Trennung in weniger als sechs Minuten erledigt.² Fingerprint-Verfahren, bei denen Uridin, Inosin, Guanosin und Adenosin gemeinsam erfasst werden, dienen der Unterscheidung unterschiedlicher Herkünfte.⁷ Solche Methoden treffen keine Aussage über Wirkungen, sondern über Identität und Zusammensetzung eines Rohstoffs.

Traditionelle Anwendungsgebiete

Adenosin selbst hat keine eigene Überlieferung – es ist ein Molekül, keine Pflanze und kein Kraut, und wurde erst im 20. Jahrhundert als Einzelstoff fassbar. Eine reiche Traditionsgeschichte haben jedoch mehrere Naturstoffe, in denen Adenosin nachweisbar ist und über deren Gehalt sie heute analytisch charakterisiert werden. Die folgenden Angaben geben kulturhistorische Überlieferung wieder; sie sind als Traditionsbeschreibung zu verstehen und keine Aussage über eine gesundheitliche Wirkung.

Cordyceps (Dong Chong Xia Cao). Der Pilz Ophiocordyceps sinensis, der auf Raupen des tibetischen Hochlands wächst, trägt im Chinesischen den Namen «Winterwurm, Sommergras» – eine Beschreibung seines auffälligen Lebenszyklus. In Tibet heisst er Yartsa Gunbu. Er wird in chinesischen Materia-medica-Werken des 17. und 18. Jahrhunderts beschrieben; die Nennung im Ben Cao Cong Xin von 1757 gilt als eine der klassischen Fundstellen. In der Systematik der traditionellen chinesischen Medizin wird die Droge den Tonika zugeordnet – einer Ordnungskategorie der chinesischen Lehre. Überliefert ist die Zubereitung in langsam gegarten Suppen und Brühen, klassisch zusammen mit Ente oder Huhn. Wegen der Seltenheit des Wildmaterials gehört es seit jeher zu den teuersten Naturprodukten Asiens.

Lingzhi / Reishi. Der Glänzende Lackporling Ganoderma lucidum wird im klassischen chinesischen Arzneibuch Shennong Ben Cao Jing genannt und ist über die Materia medica hinaus tief in der ostasiatischen Kultur verankert: Er gilt als Glückssymbol, erscheint in der Malerei und in der Architektur, und die Form des chinesischen Ruyi-Zepters ist seiner Hutform nachempfunden. Traditionell wird der harte, holzige Fruchtkörper geschnitten und als Abkochung (Dekokt) zubereitet. Auch das ist eine kulturhistorische Einordnung, kein belegtes Anwendungsgebiet im heutigen medizinischen Sinn.

Shiitake und die Kulturpilze. Lentinula edodes wird in Ostasien seit Jahrhunderten kultiviert; überliefert sind Verfahren, bei denen Laubholzstämme angeritzt und der natürlichen Besiedlung überlassen wurden. Der Pilz ist zugleich Nahrungsmittel und fester Bestandteil der chinesischen und japanischen Küchentradition. Der Südliche Ackerling (Agrocybe aegerita), in Südeuropa und Ostasien seit langem auf Pappel- und Weidenholz kultiviert, sowie der Termitenpilz Termitomyces albuminosus, der in Westafrika und Südchina als Delikatesse gilt und von Termiten in unterirdischen Pilzgärten gezogen wird, gehören in dieselbe kulinarische Traditionslinie.

Nukleotide und die Geschmackstradition. Ein eigener Überlieferungsstrang führt in die Küche. Getrocknete, fermentierte Bonitoflocken (Katsuobushi) und Kombu-Alge bilden seit Jahrhunderten die Grundlage der japanischen Dashi-Brühe; in China und Europa erfüllen lang gezogene Fleisch- und Knochenbrühen eine vergleichbare Rolle. Dass hinter diesem überlieferten Geschmack unter anderem Nukleotide stehen, wurde erst 1913 fassbar, als Shintaro Kodama Inosinat aus Katsuobushi isolierte. Adenosinmonophosphat ist als weitere geschmacksgebende Komponente in Meeresfrüchten wie Jakobsmuscheln beschrieben. Auch hier gilt: Die Überlieferung betrifft die Zubereitung von Lebensmitteln, nicht das isolierte Molekül.

Gewinnung, technische und regulatorische Einordnung

Für technische Zwecke wird Adenosin heute überwiegend biotechnologisch hergestellt: Spezialisierte Bakterienstämme, vor allem aus der Gattung Bacillus, scheiden das Nukleosid bei der Fermentation von Zuckerlösungen aus; anschliessend wird es aus der Kulturbrühe isoliert und kristallin gereinigt. In dieser Form dient es als biochemischer Grundbaustein und als Reagenz – etwa als Ausgangsstoff für die Synthese weiterer Nukleosid- und Nukleotidverbindungen oder als Referenzsubstanz in der analytischen Chemie.

Regulatorisch ist Adenosin in mehreren Zusammenhängen erfasst. In der internationalen Nomenklatur kosmetischer Inhaltsstoffe ist es unter dem INCI-Namen Adenosine geführt. Als Arzneistoff ist Adenosin in verschiedenen Ländern registriert; solche Präparate unterstehen ausschliesslich dem Arzneimittelrecht und werden allein unter ärztlicher Aufsicht angewendet. Diese Nennung ist eine rein rechtliche Einordnung und keine Aussage über Nahrungsmittel oder Nahrungsergänzungsmittel.

Abgrenzung, Verwechslungen & Einordnung

Rund um Adenosin gibt es eine ganze Familie ähnlich benannter Stoffe, die im allgemeinen Sprachgebrauch häufig durcheinandergeraten. Die wichtigsten Unterscheidungen in Kurzform: Adenin ist die Base allein; Adenosin ist Base plus Ribose; AMP, ADP und ATP sind Adenosin mit einer, zwei oder drei Phosphatgruppen; Desoxyadenosin trägt statt Ribose die Desoxyribose und gehört zur DNA; Cordycepin (3′-Desoxyadenosin) ist ein natürlich in Cordyceps militaris vorkommendes Analogon; Inosin ist das Abbauprodukt nach Abspaltung der Aminogruppe. Wer Analysezertifikate oder Fachtexte liest, sollte auf diese Endungen achten – sie bezeichnen chemisch unterschiedliche Stoffe.

Allgemein gilt: Angaben zu Gehalten in Rohstoffen beschreiben die stoffliche Zusammensetzung und lassen keinen Rückschluss auf einen gesundheitlichen Nutzen zu. Wer Medikamente einnimmt, schwanger ist oder stillt, bespricht Fragen zu Lebensmitteln, pflanzlichen oder pilzlichen Zubereitungen grundsätzlich mit einer Ärztin, einem Arzt oder einer anderen Fachperson. Dieser Hinweis ist allgemein gehalten und nicht produktbezogen.

Häufige Fragen zu Adenosin

Was ist der Unterschied zwischen einem Nukleosid und einem Nukleotid?

Ein Nukleosid besteht aus einer Base und einem Zucker – zum Beispiel Adenosin aus Adenin und Ribose. Ein Nukleotid ist ein Nukleosid mit zusätzlich einer oder mehreren Phosphatgruppen, etwa AMP, ADP oder ATP. Der Unterschied liegt also allein im Phosphat.

Wofür steht ATP?

ATP steht für Adenosintriphosphat, also Adenosin mit drei Phosphatgruppen. Es ist das zentrale Molekül, mit dem Zellen chemische Energie zwischenspeichern und übertragen. Beim schrittweisen Abbau von ATP über ADP und AMP entsteht wieder Adenosin.

Wie lautet die chemische Formel von Adenosin?

Die Summenformel ist C₁₀H₁₃N₅O₄, die molare Masse beträgt rund 267,24 g/mol. Chemisch handelt es sich um ein Purin-Nukleosid, bei dem Adenin über eine N-glykosidische Bindung mit D-Ribose verknüpft ist.

In welchen Lebensmitteln kommt Adenosin vor?

Da jede lebende Zelle Nukleinsäuren und Nukleotide enthält, findet sich Adenosin grundsätzlich in allen frischen, zellhaltigen Lebensmitteln. Analytisch gut dokumentiert sind Speise- und Kulturpilze; dort schwanken die Gesamtgehalte an Nukleosiden und Nukleobasen je nach Art und Pilzteil erheblich.¹

Was haben Adenosin und Koffein miteinander zu tun?

Koffein wird in der Fachliteratur als nicht-selektiver Antagonist der Adenosinrezeptoren beschrieben, also als Molekül, das an denselben Rezeptoren ansetzt. Dieser Zusammenhang ist seit rund einem Jahrhundert Gegenstand der Schlaf-Wach-Forschung; die Übersichtsliteratur benennt dazu ausdrücklich weiterhin offene Fragen.⁶

Warum wird Adenosin in der Pilzanalytik gemessen?

Adenosin lässt sich chromatographisch bei 260 Nanometern zuverlässig und reproduzierbar bestimmen. Es dient deshalb bei Drogenmaterial wie Cordyceps als analytische Leitsubstanz zur Charakterisierung und Unterscheidung von Chargen und Herkünften – eine Identitäts- und Qualitätsfrage, keine Wirkungsangabe.^2, 7

Ist Adenosin dasselbe wie Cordycepin?

Nein. Cordycepin ist 3′-Desoxyadenosin, also ein Adenosinmolekül, dem an der 3′-Position der Ribose eine Hydroxylgruppe fehlt. Es kommt vor allem in Cordyceps militaris vor. Beide Stoffe werden in der Analytik getrennt erfasst und dürfen nicht gleichgesetzt werden.